1、 散热的原理与重要性
各种功率器件的核心是PN结，而PN结的性能与温度密切相关。为了保证器件正常工作，必须规定最高允许结温TjM。当器件流过较大的电流时，在芯片上产生相应的功率损耗，引起芯片温度增加，与最高结温对应的器件耗散功率即为器件的最大允许耗散功率。器件正常工作时不应超过最高结温和功率的最大允许值，否则，器件特性将要发生变化，甚至导致器件产生永久性的损坏现象。
芯片温度的高低与器件内部功耗的大小、芯片到外界环境的传热条件（传热机构、材料、冷却方式等）及环境温度有关。设法减小器件的内部功耗、改善传热条件，对保证器件长期可靠运行有极重要的作用。
为了便于散热，电力电子器件多加装散热器，结温升高后的散热过程和路线为：芯片上内部功耗产生的热能以传导方式由芯片传到固定它的外壳的底座上，再由外壳将部分热能以对流和辐射的形式传到环境中去，大部分热能则是通过底座直接传到散热器上，最后由散热器传到空气中。
热传输是一个比较复杂的物理过程。前述功率器件的最高允许结温是指能正常工作的PN结最高温度，工程实际中，结温通常是指芯片的平均温度，由于功率器件的芯片较大，温度分布是不均匀的，可能出现局部比最高允许结温高得多的过热点，导致器件损坏。所以，规定的最高允许温度远低于其本征失效温度，且随设备可靠性要求的不同而不同，例如对硅功率二极管最高工作结温取为135℃~150℃，对军用设备取125℃~135℃，对超高可靠性设备则取105℃。
热传输与电传输有着极大的相似性，传输过程也有稳态与瞬态之分。当管芯上发热率与散热率相等时，器件达到稳定温升，结温不再升高，处于热均衡关态，称为稳态。当芯片的内部功耗恒定时，由于器件具有热惯性，温度将逐渐上升；当该功率耗散被切断时，温度将逐渐下降，即表现为升温或降温的过渡过程，称为瞬态。热传输遵从热路欧姆定律，即
式中， 
——温度差（℃）；
P——功率耗散，即热流（W）；
——热阻（℃/W）。
式（1）表明，当某一恒定的功率耗散流过物体且温度达到平衡之后，物体两端的温差与热阻
成正比，即热阻越大温差越大。
器件散热时的热阻由两部分组成：内热阻
，它是PN结至上壳的热阻；外热阻又分为两种子，
为外壳至散热器的热阻，
为散热器至环境介质的热阻。
瞬态条件下，热阻抗Z是时间的函数，常用图1所示的热阻抗曲线来表示。
热阻抗是器件导通时间tP和负载功率占空比δ的函数。占空比δ定义为δ=tP/T。在给定tP和δ后，可由曲线查得r(tP)，从而得到瞬态热阻抗，即
2、 散热器及其安装
功率器件的正常运行，在很大程度上取决于散热器的合理选配，以及器件与散热器之间的装配质量。
散热器是以对流和辐射的方式将热能传到环境中去的，散热器热阻 与散热器的材质、结构、表面颜色、冷却方式及安装位置有关。散热器有平板散热器、型材散热器和叉指型散热器等（图2）。散热器表面应发黑处理或钝化，借此提高辐射系数，一般黑色散热器比光亮散热器可减少10%~15%的热阻。由于热气流相对密度轻，自然向上流动，所以散热器应向上安放，以便形成“烟囱效应”，便于散热。通常垂直安放的热阻比水平安放的热阻降低15%~20%。
常用的散热方式有自冷、风冷、水冷和沸腾冷却4种。
自冷是由于空气的自然对流及辐射作用将热量带走的冷却方式，结构简单、无噪声，无需维护；但散热效率低。
风冷是采用强制通风、加强对流的散热方式，一般为自冷散热效率的2~4倍，噪声大。
水冷方式散热效率极高，其对流换热系数可达空气自然换热系数的150倍以上，冷却介质除水以外还可采用变压器油等；但设备庞杂，投资高，占地面积大。
沸腾冷却是将冷却介质放在密闭容器中，通过媒质物相的变化进行冷却，效率极高，且装置体积小；但造价昂贵。
对于平板散热器，热阻可用下式计算，即
RSA=R1+R2，
式中，R1由板的面积决定，正方形平板水平放置时，
R1=595（℃/W）/A；
垂直放置时，
R1=505（℃/W）/A；
式中，A-平板面积（cm2）。
如不是正方形，R1应乘以修正系数γ，且
γ=[1+（a/b）2]/2(a/b)，
式中，a，b-板的长和宽，参见图2(a)。
R2由板的材料厚度及表面处理情况决定。对抛光铝板，R2与板厚的关系如图3所示。
如果散热器不是铝材料，R2还要乘以系数σ，对于铜σ=0.743，对于镁σ=1.38，对于钢σ=2.1。如果表面黑化处理，则R1和R2应分别乘以系数0.55和0.85。
叉指型散热器由于散热指之间的“烟囱效应”利于热对流，所以在相同热阻下，叉指型散热器体积小而质量轻。叉指型散热器的国产型号为SRZ系列。
型材散热器国产型号有XC系列、DXC系列和XSF系列等。
器件直接安装在散热器上时，由于器件的封装形式不同，接触热阻也不同。接触热阻还与器件和散热器之间是否有垫圈，是否涂有硅脂等情况有关，当接触面涂有硅脂时热阻明显下降。器件管壳与散热器两平面接触时总是点接触，随压力加大，接触面加大，接触热阻减小；因此要求接触面应当尽量光洁、平整，无划伤、坑、瘤或异物，必要时还要抛光或加镀层。
